1微机原理与接口技术第一章(1)

微机原理与接口技术微机原理与接口技术讲授：黄勇邮箱：[e-mail]电话：[phone]微机原理与接口技术课程目标：微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程。1、微型计算机的基本工作原理2、汇编语言程序设计3、微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念、形成微机系统软硬件开发的基本开发能力。微机原理与接口技术主要教学内容：微型计算机系统概述计算机中的数制和码制及基本组成电路微型计算机的基本工作原理16位微处理器86系列微型计算机的指令系统微型计算机的程序设计微型计算机汇编语言及汇编程序输入/输出接口中断控制器、计数/定时器及DMA控制器A/D及D/A转换器32位微处理器PC总线及整机结构微型计算机在控制系统中的应用微机原理与接口技术教材微型计算机原理与接口技术（第四版）周荷琴吴秀清编著，中国科学技术大学出版社（中国科学院系统指定考研参考书）（上海交大自动化系指定考研参考书）（上海理工大学电气专业指定考研参考书）微机原理与接口技术参考书：（1）微型计算机原理及应用，郑学坚等，清华大学出版社（2）微型计算机原理，姚燕南，薛均义。西安电子科技大学出版社微机原理与接口技术第一章微型计算机系统概述主要内容：计算机的诞生微型计算机系统组成微型计算机的概念结构微机原理与接口技术1．1计算机的诞生背景第二次世界大战，当时反法西斯的战争正在进行，美国陆军的阿伯丁弹道研究所开始研究导弹的飞行速度，手工计算需要很长的时间，大约需要20个小时，但是导弹的飞行只有几分钟，相差比较大。于是美国的陆军委托美国的宾夕法尼亚大学来研制电子计算机，这台计算机在1946年2月15日宣告研制成功，名字为“ENIAC”。微机原理与接口技术埃克特为ENIAC换电子管微机原理与接口技术该计算机的情况：（1）数据表示——十进制（2）工作存储器——只有20个单元，用于存放数据（3）编程——先要人工对面板上的6000多个电子开关进行机械定位，然后都转插线插头，插入与拔出方式来编程（4）ENIAC共用18000多个电子管，6000多个继电器，耗电140KW，占地170平米，重30吨，运算速度5000次/秒。ENIAC机可靠运算速度不超过20分钟。当时价值48万美元。微机原理与接口技术1.1.2按性能、价格、体积的不同分为六类：巨型机大型机中型机小型机微型机单片机微机原理与接口技术1.1.3计算机发展年代：硬件特征：计算机所采用的物理器件；软件特征：计算机所使用的软件环境。微机原理与接口技术（1）第一代：电子管计算机时代（机器语言、高级语言：汇编）（2）第二代：晶体管计算机时代（BSICE、FORTAIN语言）（3）第三代：集成电路计算机时代（出现了分时操作系统）（4）第四代：大规模集成电路计算机时代（出现了软件工程的概念、出现了数据库概念）（5）第五代：非“冯.诺伊曼”计算机时代（非顺序化，而呈现并行结构的特点，从体系结构的角度来改变计算机）（6）第六代：神经计算机时代光计算机时代生物计算机时代量子计算机时代微机原理与接口技术1.1.4微型计算机的诞生：微型计算机诞生于20世纪70年代，其特点为：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富。微型计算机的核心是微处理器，每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的微型计算机。微机原理与接口技术1.1.5微型计算机的发展：（1）第一代：4位机发展和8位机萌芽从1971年到1973年；代表产品：INTEL4004和MCS-4微型机；Intel8008和MCS-8微型机字长：4位或8位特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉应用：面向家电、计算器和二次仪表微机原理与接口技术4004的样子很像小虫子4004的集成度只有2300个晶体管，功能其实比较弱，且计算速度较慢，以致只能用在Busicom计算器上，更不用说进行复杂的数学计算了。不过比起第一台电子计算机ENIAC来说，它已经轻巧太多太多了。而且最大的历史意义是，它是第一个通用型处理器微机原理与接口技术1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。I微机原理与接口技术（2）第二代：8位机发展阶段从1973到1977年代表产品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502字长：8位特点：指令系统比较完善、运算速度提高一个数量级、寻址能力有所增强应用：面向家电、智能仪表、工业控制微机原理与接口技术1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。微机原理与接口技术（3）第三代：16位机的发展阶段从1978到1985年代表产品：Intel8086/8088、80186、80286、MC68000、Z8000字长：16位特点：指令系统丰富、采用多级中断、多种寻址方式、段式存储结构、配有功能强大的系统软件应用：工业控制微机原理与接口技术80861978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。微机原理与接口技术8088：IBMPC的御用之选1979年，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。微机原理与接口技术第一台IBMPC早在1980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBMPC的产品。一年后的8月12日，IBM公司在纽约宣布第一台IBMPC诞生第一台IBMPC采用了主频为4.77MHz的Intel8088，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS。IBM将其命名为“个人电脑（PersonalComputer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC”成为所有个人电脑的代名词。微机原理与接口技术Intel802861983年,Intel推出6MHz的Intel80286微处理器，采用16位数据总线。它提供了保护模式操作功能，最初的批发价为360美元。微机原理与接口技术（4）第四代：32位机发展阶段从1985到1992年代表产品：Intel80386、80486字长：32位特点：内存容量已经达到1MB以上，硬盘技术不断提高，发展32位的总线结构，各种品牌机涌向市场，如COMPAQ、DELL等，这些微型机在性能上以赶上传统的超级小型机，可以执行多任务、多用户操作系统。应用：办公自动化、网络环境微机原理与接口技术80386进入了32位元的世代1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微处理器微机原理与接口技术Intel486（1988）微机原理与接口技术微机原理与接口技术（5）第五代：64位机产生及发展阶段从1992年到现在代表产品：IntelPentium，Itanium字长：64位特点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用。应用：办公自动化，网络服务器微机原理与接口技术Pentium（586）Intel于1993年3月推出奔腾（Pentium）处理器微机原理与接口技术PentiumMMX，支持多媒体技术的奔腾PentiumMMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效率。微机原理与接口技术PentiumPro，面向工作站的处理器1995年11月1日，Intel推出PentiumPro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket8。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。微机原理与接口技术PentiumII，芯片封装有着巨大的改变PentiumII首次引入了S.E.C封装(SingleEdgeContact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。微机原理与接口技术1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，其身份代码可通过Internet读取。微机原理与接口技术2000年英特尔发布了Pentium4处理器。用户使用基于Pentium4处理器的个人电脑，可以创建专业品质的影片，透过因特网传递电视品质的影像，实时进行语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。这是目前空前强大的个人电脑处理器产品，仍然在继续销售中。微机原理与接口技术微处理器主要特点主板的结构中央处理单元CPU主存MEMORY主板接口卡总线插槽存储子系统输入输出子系统主板：总线主板：接口微机原理与接口技术1．2微型计算机系统组成微型计算机的三个层次：(2004电子科技大学考研题)微处理器（Microprocessor）：简称CPU，是计算机的核心，主要包括：运算器（ALU）、控制器（CU）、寄存器组（Registers），实现运算和控制功能。微型计算机（Microcomputer）：以微处理器为核心，配上只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入/输出（I/O）接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。微型计算机系统（MicroComputerSystem）：以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的计算机系统。微机原理与接口技术微型计算机系统硬件系统软件系统微型计算机（主机）外设微处理器存储器I/O接口总线ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件微机原理与接口技术1.3微型计算机的概念结构CPU存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备I/O接口地址总线AB数据总线DB控制总线CB微机原理与接口技术1.3.1CPU：计算机的控制中心，提供运算、判断能力；构成：ALU，CU，Registers，例如：Intel8088、PIII、PIV、AMDK7CPU的位数有：4位、8位、16位、32位、64位，是指一次能处理的数据的位数微机原理与接口技术1.3.2存储器：存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数字、文字、图像、…）内存：ROM、RAM，特点是：随机存取、速度快、容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘等等，特点是：顺序存取/块存取、速度慢、容量大有关内存的几个概念：内存单元的地址和内容：内存容量内存的操作：读、写微机原理与接口技术地址寄存器地址译码器D7......D0A3A2A1A00001020FH0EH0DH微机原理与接口技术1.3.3I/O接口：是CPU与外部设备之间的桥梁CPUI/O接口外设微机原理与接口技术为什要用I/O接口：（1）外设的速度比CPU慢（2）外设提供的信号未必是CPU需要的信号，没有I/O接口，CPU可能无法与外设打交道。接口的功能：（1）提供驱动外设的电流或者电压（2）匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；（3）缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；（4）DMA控制和中断控制；微机原理与接口技术1.3.4总线BUS：（1）地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址总线的根数决定了CPU的寻址范围。（2）数据总线DB：CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定了CPU一次最多可以传递的数据宽度。（3）控制总线CB：用来传送各种控制信号微机原理与接口技术作业：微型计算机发展的历史、现状及未来（小作业：2000-3000字）要求：（1）摘要；（2）